The First Cell: Suche nach dem Ursprung des Lebens

Spätestens seit Heinz Erhardt weiß man: „Das Leben kommt auf alle Fälle aus einer Zelle.“ Doch jenseits heiterer Selbstevidenz bleibt die Frage ungelöst, wann, wo und wie genau die ersten Exemplare entstanden. Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) sind der Lösung nun möglicherweise einen großen Schritt näher gekommen. The First Cell – zugleich der Titel ihres in Kürze erscheinenden Buchs zum Thema – könnte sich an einem überraschenden Ort entwickelt haben: im Inneren der Erdkruste.

Am Anfang war das Vesikel

Im Detail ging es bei dem Versuchsaufbau um die Simulation von wassergefüllten Spalten im Erdinnern sowie von geothermalen Quellen – also im Prinzip um zweiphasige Lösemittelsystemen aus Wasser und CO₂. Drumherum ein Angebot aus verschiedenen Peptiden, dazu Temperaturen von 40 bis 80 °C und ein erhöhter Druck von 60 bis 80 bar. Bedingungen, wie sie vor rund 3,8 Milliarden Jahren geherrscht haben und es auch noch heute tun – weit unten in der Erdkruste, in rund einem Kilometer Tiefe.

Der Chemiker Christian Mayer vom Center for Nanointegration und der Geologe Ulrich Schreiber, ebenfalls Professor an der UDE, sind sich sicher, durch ihre Experimente einen Weg zur angenommenen Vorstufe allen Lebens aufgezeigt zu haben. Dabei handelt es sich um primitive Vesikel – von selbst entstandene Bläschen mit einer Membran aus einer doppelten Lipidschicht.

NASA-Definition von Leben im Labor erfüllt

In ihrem Laborversuch änderten die Forscher regelmäßig im Abstand von 20 Minuten den Druck im System und damit die Qualität des Lösungsmittels – ganz so wie es auch in der Natur durch Gezeitenkräfte und Geysire geschieht. Die besagten Vesikel wurden hierdurch jeweils periodisch zerstört und erneut gebildet. Insgesamt 1500 Generationen von ihnen ließ man innerhalb von zwei Wochen entstehen und wieder zerfallen.

Zumindest gemäß der großzügigen Definition der US-Raumfahrtbehörde NASA lässt sich hier bereits von einer Art Leben sprechen. Dementsprechend sehen manche Astrobiologen ein System schon als lebendig an, sofern es zu irgendeiner Art von Evolution fähig ist. Nach der biologischen Definition, die sich bisher auf irdische Lebensformen beschränkt, fehlen jedoch noch wesentliche Aspekte – darunter Stoffwechsel, Vermehrung und Wachstum …

The First Cell bescheibt den Weg vom Vesikel zum Organismus

„Wie wir es im Zeitraffer simuliert haben, könnten vor Milliarden von Jahren Funktionen entstanden sein, die solche Vesikel stabil genug werden ließen, um zum Beispiel mit dem Fluss tektonischer Flüssigkeiten oder aber bei Geysir-Ausbrüchen aus der Tiefe an die Oberfläche zu kommen“, erläutert Schreiber.

Anschließend könnte sich ein erster Stoffwechsel mit Konzentrationsgradienten als Energiequelle ausgebildet haben. Wenn später die Fähigkeit zur Selbstreplikation hinzugekommen ist, wird auch aus biologischer Sicht aus unbelebten Komponenten langsam ein lebendiger Organismus, eine erste Zelle.

Mayers und Schreibers Buch „The First Cell – The Mystery Surrounding the Beginning of Life“ erscheint voraussichtlich im Juli 2020.

Weitere Informationen:
Prof. Christian Mayer, Physikalische Chemie
www.uni-due.de

Bildhinweis:
Das Titelbild zeigt die bei den Experimenten verwendete Hochdruckkammer.
© C. Mayer, CENIDE/UDE